專利名稱：基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用卷對(duì)卷熱輥壓作為具有表面微細(xì)功能結(jié)構(gòu)的聚合物薄膜器件的加工方法。
背景技術(shù)：
目前，具有表面微細(xì)功能結(jié)構(gòu)的聚合物薄膜器件由于材料成本低、厚度公差小、表面光潔等優(yōu)勢(shì)，受到越來越廣泛的關(guān)注。薄膜器件主要包括增亮膜、擴(kuò)散膜(勻光膜)、反光膜、鐳射膜及增透膜等。除了應(yīng)用于液晶顯示器、柔性顯示器及電子紙行業(yè)的光學(xué)膜，聚合物薄膜器件的應(yīng)用范圍正在不斷拓展，如太陽(yáng)能領(lǐng)域(光陷阱薄膜等)、趨向于電路集成化和平面化發(fā)展的電子元器件領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域(防紫外線隔熱貼膜等)等。聚合物薄膜表面微細(xì)結(jié)構(gòu)形貌根據(jù)其功能不同而不同。如一般棱鏡片光學(xué)膜的表面為V槽結(jié)構(gòu)，特征尺寸 在10-100 u m，基材包括PC、PET、PMMA等。該類聚合物薄膜表面微細(xì)結(jié)構(gòu)的成形精度直接影響光學(xué)膜性能和工作效率。隨著對(duì)聚合物薄膜器件需求量的逐漸，高效高精度的エ藝方法成為薄膜表面微結(jié)構(gòu)制造加工的關(guān)鍵。聚合物薄膜表面微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工エ藝包括紫外固化壓印エ藝和熱輔助壓印エ藝。其中，紫外固化壓印エ藝指將可紫外固化的預(yù)聚物均勻地涂覆在基片上，模具在一定壓カ下迫使?jié){料成形以復(fù)制模具上的微細(xì)結(jié)構(gòu)，最后紫外光照射固化聚合物得到表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。中國(guó)專利公開號(hào)CN100575243C，名稱為柔性基宏電子制造中微結(jié)構(gòu)的大面積逆輥壓印方法，采用逆輥壓印技術(shù)和相應(yīng)的套印對(duì)準(zhǔn)エ藝、紫外固化エ藝，在鍍有ITO薄膜的柔性塑料薄膜上制作出大面積的宏電子器件所需的三維功能性微結(jié)構(gòu)。另外，中國(guó)專利公開號(hào)為CN101843859A，名稱為ー種卷對(duì)卷紫外納米壓印裝置及方法，該裝置包括傳輸裝置、涂布裝置、預(yù)固化裝置、壓印裝置和強(qiáng)固化裝置，將紫外光膠均勻的涂布于由傳輸裝置傳輸?shù)拇龎河〔牧仙?，?jīng)預(yù)固化裝置流平和半固化之后，送至壓印裝置進(jìn)行壓印，最后通過強(qiáng)固化裝置硬化成型。美國(guó) 3M 公司 S. L. D. Stegall 等人[S. L. D. Stegall, J. Anim-Addo, M. Gardinerand E. Hao, Organic Light Emitting Materials and Devices XIII, 2009, pp :74150S_8]在OLED高折射區(qū)域利用卷對(duì)卷紫外涂布エ藝制備了納米微細(xì)增透結(jié)構(gòu)，使OLED出光率提高了二倍。利用紫外固化壓印エ藝制備聚合物薄膜，使用冷紫外光源進(jìn)行固化，減少了柔性基材的熱變形。然而，紫外固化的聚合物薄膜器件易黃化，漿料粘度控制難，脫模困難，成形精度不高。傳統(tǒng)熱輔助壓印エ藝是平板式熱壓印，首先對(duì)固定于下板的聚合物基片進(jìn)行加熱，使其達(dá)到壓印所需要的溫度。模具也要加熱到一定溫度，以保證聚合物能夠充模完全。然后上基板帶動(dòng)模具對(duì)聚合物基片進(jìn)行加壓，使聚合物填充到壓印模具中，保壓冷卻一段時(shí)間后脫模。如中國(guó)專利200510019944. 4，名稱為納米壓印機(jī)，其原理都是將室溫下的聚合物基片固定在熱壓印機(jī)的下板上，下板上裝有加熱冷卻裝置以及定位裝置。壓印模具固定在上板上，其上也安裝有加熱冷卻裝置。該エ藝簡(jiǎn)單，成型精度較高，但問題在于加工效率低，且大面積聚合物薄膜器件時(shí)需要載荷較大。
卷對(duì)卷熱輥壓エ藝是新型聚合物薄膜的熱輔助壓印エ藝，改善了平板式熱壓印，成形載荷小，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，適合于大面積薄膜器件的批量化生產(chǎn)。中國(guó)專利公開號(hào)為CN102233634A，名稱為微透鏡陣列制備裝置，發(fā)明了卷對(duì)卷熱壓印裝置，包括張緊裝置、壓印輥輪和冷卻設(shè)備的裝置設(shè)備，其中壓印輥輪設(shè)置有多個(gè)加熱條和壓印孔，基材與壓印輥輪結(jié)合部分經(jīng)加熱條加熱成軟化狀態(tài)后被吸入壓印孔中。該エ藝能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，其缺點(diǎn)在于微細(xì)結(jié)構(gòu)易回彈，影響成形精度。檢索國(guó)外專利發(fā)現(xiàn)，美國(guó)專利號(hào) US2011/0236631A1 (名稱為 Glass texturingusing a porous textured roll undervacuum),將薄膜壓延與卷對(duì)卷棍壓成形相結(jié)合,提高加工效率，減少耗能，但是線接觸式的棍壓方式導(dǎo)致成形精度低、脫模困難。韓國(guó)D. Yun等人D. Yun, Y. Son, J. Kyung, H. Parket al. Review of Scientific Instruments, 2012,83 (I) doi : 10. 1063/1. 3675574利用內(nèi)置電感線圈加熱成形輥，利用電鍍エ藝制備厚度為0. Imm的鎳模具，在PEN薄膜上熱輥壓特征尺寸為20-300 iim肋條微結(jié)構(gòu)。新加波L.P.Yeo等人見L.P.Yeo，S. H. Ng, Z. Wanget al. Microelectronic Engineering, 2009,86 (4-6) :933-936米用陶瓷加熱裝置將厚度
I.5mm的PMMA預(yù)熱至120°C，然后用表面溫度達(dá)140°C的模具輥壓印PMMA，制得特征尺寸為 10-200 u m的肋條微結(jié)構(gòu)，預(yù)熱基材提高了基材的可成形性能。上述兩種裝置都缺少急冷和保形模塊，微結(jié)構(gòu)回彈較大，成形精度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供ー種成形精度高，脫模容易，加工效率高的基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置及方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于，包括依次設(shè)置的放卷裝置、預(yù)熱裝置、熱輥壓裝置、保形裝置、冷卻裝置、收卷裝置，所述的放卷裝置包括放卷輥、除靜電刷及張カ控制模塊；所述的預(yù)熱裝置包括傳熱設(shè)備和溫度控制設(shè)備；所述的熱輥壓裝置包括至少一版輥，壓輥和局部加熱設(shè)備，版輥上包覆具有微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案的模具，所述的壓輥設(shè)置在版輥上方，配合版輥將該微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案壓印到待壓印薄膜上，所述的局部加熱設(shè)備對(duì)版輥局部表面進(jìn)行加熱；所述的保形裝置包括至少一保形輥；所述的冷卻裝置包括至少ー冷卻輥、風(fēng)冷噴嘴和冷凍機(jī)，所述的冷凍機(jī)分別連接冷卻輥和風(fēng)冷噴嘴，風(fēng)冷噴嘴位于保形輥外側(cè)，冷卻輥位于版輥下方，冷卻輥的冷卻方式包括風(fēng)冷、水冷、油冷等方法。所述的張カ控制模塊包括張緊輥、氣缸、張カ感應(yīng)裝置和控制系統(tǒng)，所述的氣缸連接張緊輥，張緊輥上設(shè)有張カ感應(yīng)裝置，所述的控制系統(tǒng)連接張カ感應(yīng)裝置和氣缸，張カ感應(yīng)裝置感應(yīng)待壓印薄膜傳輸?shù)膹垾笥谠O(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)張緊輥移動(dòng)，放松待壓印薄膜傳輸?shù)膹埩Γ粗?，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)張緊輥反向移動(dòng)。所述的傳熱設(shè)備包括電加熱器或紫外加熱器，該傳熱設(shè)備使待壓印的聚合物薄膜預(yù)熱至其玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下，所述的溫度控制設(shè)備包括溫度傳感器和連接溫度傳感器的溫度控制器，該溫度控制設(shè)備檢測(cè)薄膜溫度并調(diào)節(jié)參數(shù)將薄膜溫度控制在設(shè)定范圍內(nèi)。所述的壓輥兩端連接電控缸，通過電控缸微調(diào)壓輥的位移，控制待壓印薄膜的輥壓深度；所述的局部加熱設(shè)備的加熱方式包括輻射加熱、電感加熱或電阻加熱。所述的局部加熱設(shè)備包括設(shè)置在版輥內(nèi)部的電阻絲，以及與該電阻絲連接的電刷對(duì)，電刷對(duì)可繞版輥的軸線旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)加熱區(qū)域。所述的保型輥設(shè)有多個(gè)，設(shè)置在版輥外圈，并位于壓輥后，各保型輥連接聯(lián)動(dòng)裝置，通過聯(lián)動(dòng)裝置控制各保型輥與版輥間的距離；所述的收卷裝置包括收卷輥。所述的裝置還包括定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)設(shè)有薄膜邊緣傳感器和自動(dòng)糾偏裝置，自動(dòng)糾偏裝置連接在從放卷裝置到收卷裝置中的各個(gè)輥的輥軸上，當(dāng)薄膜邊緣傳感器感應(yīng)到傳輸過程中發(fā)生了偏移，自動(dòng)糾偏裝置便控制較近輥軸的軸向位移和水平角度位移。一種基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置進(jìn)行加工的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟⑴放卷將待壓印薄膜從放卷輥中連續(xù)抽出，并通過除靜電刷除去薄膜表面靜電，通過張力控制模塊控制薄膜傳輸過程中的張緊カ； ⑵預(yù)熱通過傳熱設(shè)備預(yù)熱待壓印薄膜，并通過溫度控制設(shè)備控制待壓印薄膜的溫度在其玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下；⑶熱輥壓通過局部加熱設(shè)備對(duì)版輥進(jìn)行局部加熱，壓輥配合版輥將版輥上的微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案壓印到待壓印薄膜上；⑷保形保形輥對(duì)經(jīng)熱輥壓后的薄膜施加壓力，使其緊貼與版輥表面；(5)冷卻冷卻風(fēng)嘴對(duì)保型輥進(jìn)行風(fēng)冷，并在薄膜離開保型輥后在冷卻輥上繼續(xù)冷卻，使熱壓后的薄膜冷卻至玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下，將表面微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案在脫模之間凍結(jié)，減少回彈，提聞成形精度；(6)收卷將壓印有表面微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案的薄膜通過收卷輥收卷。所述的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案的尺寸在1-500 iim之間。所述的待壓印薄膜的厚度為10 ii m-5mm之間，其材料為聚碳酸酯(PC,Polycarbonate)、聚氯こ烯(PVC, PolyvinylChloride)、聚酯(PET, Polyester)、丙烯酸(PMMA, Polymethylmethacrylate)等材料。本發(fā)明采用局部加熱方法，僅對(duì)模具的壓印表面進(jìn)行加熱，促使聚合物薄膜在熱輥壓成形后、脫模前迅速冷卻，冷卻的同時(shí)利用保形裝置促使聚合物薄膜繼續(xù)緊貼與模具表面，待表面微結(jié)構(gòu)冷卻固化后才從模具剝離；該發(fā)明減少聚合物熱輥壓エ藝回彈變形，成形精度高，脫模容易，加工效率高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)I.通過局部加熱設(shè)備和冷卻裝置，聚合物薄膜在熱輥壓后被迅速冷卻，微細(xì)結(jié)構(gòu)被“冷凍”，減少了回彈變形，提高了加工效率。2.保形裝置促使聚合物薄膜冷卻過程中仍與模具貼合，待微結(jié)構(gòu)固化后才與模具剝離，熱輥壓成形精度得到提高。3.版輥的局部加熱方法，相比整個(gè)版輥加熱升溫，能耗少。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I的基于卷對(duì)卷熱輥壓的聚合物薄膜表面微細(xì)結(jié)構(gòu)加工方法的結(jié)構(gòu)不意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例I的版輥結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例I的版輥表面溫度梯度示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的基于卷對(duì)卷熱輥壓的聚合物薄膜表面微細(xì)結(jié)構(gòu)加工方法的結(jié)構(gòu)不意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的定位系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的裝置進(jìn)ー步描述本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)實(shí)施方案和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例I如圖I所示，一種基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置，包括依次設(shè)置的放卷裝置、預(yù)熱裝置、熱輥壓裝置、保形裝置、冷卻裝置、收卷裝置，所述的放卷裝置包括放卷輥1，張緊輥4，氣缸5，張カ感應(yīng)裝置6，主動(dòng)輥a2、主動(dòng)輥b7，被動(dòng)輥a3和控制系統(tǒng)；所述的氣缸5連接張緊輥4，張緊輥4上設(shè)有張カ感應(yīng)裝置6，所述的控制系統(tǒng)連接張カ感應(yīng)裝置6和氣缸5，張カ感應(yīng)裝置6感應(yīng)待壓印薄膜傳輸?shù)膹垾笥谠O(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)氣缸5帶動(dòng)張緊輥4移動(dòng)，放松待壓印薄膜傳輸?shù)膹埩Γ粗?，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)氣缸5帶動(dòng)張緊輥4反向移動(dòng)。所述的預(yù)熱裝置包括紫外預(yù)熱設(shè)備8、溫度傳感器22及溫度控制器23 ;紫外預(yù)熱設(shè)備8使待壓印的薄膜30預(yù)熱至其玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下，溫度傳感器22檢測(cè)薄膜溫度并調(diào)節(jié)溫度控制器23參數(shù)將薄膜溫度控制在設(shè)定范圍內(nèi)。所述的熱輥壓裝置包括版輥17，電刷對(duì)18及壓輥9。所述版輥17的直徑大于250mm,所述壓輥9設(shè)置在版輥17上方，壓輥9兩端與電控缸相連，能夠上下微調(diào)，精度為±5 y m，通過微調(diào)壓輥9的位移控制薄膜30的輥壓深度。版輥17結(jié)構(gòu)參考圖2，版輥17外表面包覆著帶有微細(xì)結(jié)構(gòu)的鎳模25，版輥17內(nèi)部布置著ー圈電阻絲26，電刷對(duì)18分別固定于版輥17的兩端，且與部分電阻絲26接觸相連，當(dāng)接通電刷對(duì)18的正負(fù)極，與之相接的電阻絲26被導(dǎo)通加熱。電刷對(duì)18可繞版棍17軸線旋轉(zhuǎn),便于選擇版棍17和鎳模25的加熱區(qū)域。當(dāng)電刷對(duì)18的角度調(diào)整合適后，將其固定，在輥壓エ藝過程中便不隨版輥17的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。參考圖3，為了使鎳膜25的壓印表面27溫度達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上0-50°C，將電刷對(duì)18置于版輥17的第二象限區(qū)域(如圖3所示)。所述的壓印表面27取決于壓輥9相對(duì)于版輥17的位置，不隨版輥17的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的保形裝置包括保形輥all、保形輥bl2、保形輥cl3、保形輥dl4、保形輥el5及位移聯(lián)動(dòng)設(shè)備24。保形輥&11、保形輥1312、保形輥cl3、保形輥dl4、保形輥el5布置于所述壓輥9后、版輥17的外圏，以壓輥9和版輥17的表面間距為標(biāo)準(zhǔn)，通過位移聯(lián)動(dòng)設(shè)備24聯(lián)動(dòng)控制保形輥all、保形輥bl2、保形輥cl3、保形輥dl4、保形輥el5相對(duì)于版輥17的位置，使熱壓印后的薄膜30中仍與漸冷的鎳膜25貼合，起到“保形”效果，提高成形精度。
冷卻裝置包括風(fēng)冷噴嘴10、水冷輥16及冷凍機(jī)。所述冷凍機(jī)分別與風(fēng)冷噴嘴10和水冷輥16相連。所述的風(fēng)冷噴嘴10位于保形輥all、保形輥bl2、保形輥cl3、保形輥dl4、保形輥el5的外側(cè)，通過調(diào)節(jié)冷凍機(jī)參數(shù)，使保形輥all、保形輥bl2、保形輥cl3、保形輥dl4、保形輥el5表面溫度較低，進(jìn)ー步加速熱壓后薄膜30的冷卻。所述的水冷輥16位于版輥17的下方，冷卻固化后的薄膜30從鎳模25上剝離后卷入水冷輥16表面。調(diào)節(jié)水冷輥16的冷凍機(jī)功率，使具有表面微結(jié)構(gòu)的薄膜30經(jīng)過水冷輥16后冷卻至室溫，為后續(xù)收卷做準(zhǔn)備。收卷裝置包括收卷輥21，主動(dòng)輥cl9，被動(dòng)輥b20。收卷輥21以合適線速度朝聚合物薄膜30纏繞方向轉(zhuǎn)動(dòng)。使用上述裝置進(jìn)行基于卷對(duì)卷熱輥壓的聚合物薄膜表面微細(xì)結(jié)構(gòu)加工方法，包括放卷，預(yù)熱，熱輥壓，保形，冷卻及收卷六個(gè)階段。其中放卷階段當(dāng)壓印開啟后，放卷輥I以合適線速度朝待壓印薄膜30纏繞的反 方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使待壓印薄膜30沿規(guī)定路線傳輸。當(dāng)張カ感應(yīng)裝置6測(cè)得待壓印薄膜30張緊カ超過預(yù)定值，控制系統(tǒng)便調(diào)節(jié)氣缸5參數(shù)，使張緊輥4向上微調(diào)，以放松薄膜30，反之使張緊輥4向下微調(diào)，張緊待壓印薄膜30。預(yù)熱階段紫外預(yù)熱設(shè)備6對(duì)薄膜30的待壓印表面進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度傳感器22測(cè)得預(yù)熱后薄膜30的溫度超過特定溫度范圍時(shí)，溫度控制設(shè)備23減小紫外預(yù)熱設(shè)備6的功率，反之，増加紫外預(yù)熱設(shè)備6的功率。熱輥壓階段通過電阻絲26和電刷對(duì)18對(duì)版輥17進(jìn)行局部加熱，壓輥9配合版輥17將版輥上的微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案壓印到待壓印薄膜30上。保形階段以壓輥9和版輥17的表面間距為標(biāo)準(zhǔn)，通過位移聯(lián)動(dòng)設(shè)備24聯(lián)動(dòng)控制各個(gè)保形輥相對(duì)于版輥17的位置，使熱壓印后的薄膜30中仍與漸冷的鎳膜25貼合，起到“保形”效果，提高成形精度。冷卻階段冷卻風(fēng)嘴10對(duì)各保型輥進(jìn)行風(fēng)冷，并在薄膜30離開保型輥后在冷卻輥16上繼續(xù)冷卻，使熱壓后的薄膜冷卻至玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下，將表面微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案在脫模之間凍結(jié)，減少回彈，提聞成形精度；收卷階段將壓印有表面微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案的薄膜通過收卷輥21收卷。上述表面微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案的尺寸為I Pm，待壓印薄膜30的厚度為10 ym，其材料為聚碳酸酯(PC，Polycarbonate)。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是聚合物薄膜在熱輥壓成形之后迅速冷卻，微細(xì)結(jié)構(gòu)被“冷凍”，減少回彈，提高加工效率。保形裝置使聚合物薄膜冷卻過程中仍與模具貼合，直至固化才脫模，提高了成形精度。對(duì)模具進(jìn)行局部加熱處理也減少了能耗。實(shí)施例2如圖4所示，在實(shí)施例I的基礎(chǔ)上，版輥17改為實(shí)心輥，取消電刷對(duì)和電阻絲，且版輥7外側(cè)靠近壓印表面置有紅外輻射加熱裝置18’，其冷卻輥16采用油冷方式進(jìn)行冷卻。此外，安裝有定位系統(tǒng)，如圖5所示，所述的定位系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)糾偏裝置28和紅外感應(yīng)器29，自動(dòng)糾偏裝置28連接在傳輸裝置的輥軸上(以主動(dòng)軸2為例)，當(dāng)紅外感應(yīng)器29測(cè)到至IJ薄膜30傳輸過程中發(fā)生了偏移，自動(dòng)糾偏裝置28便控制輥軸的軸向位移和水平角度位移。上述表面微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案的尺寸為500iim，待壓印薄膜30的厚度為5mm，其材料為聚氯こ烯(PVC, PolyvinylChloride)。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是 采用外置輻射加熱裝置，簡(jiǎn)化了版輥的結(jié)構(gòu)，提高版輥的剛度，定位系統(tǒng)減少了系統(tǒng)誤差，提高薄膜微結(jié)構(gòu)成形精度。
權(quán)利要求
1.一種基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于，包括依次設(shè)置的放卷裝置、預(yù)熱裝置、熱輥壓裝置、保形裝置、冷卻裝置、收卷裝置，所述的放卷裝置包括放卷輥、除靜電刷及張力控制模塊；所述的預(yù)熱裝置包括傳熱設(shè)備和溫度控制設(shè)備；所述的熱輥壓裝置包括至少一版輥，壓輥和局部加熱設(shè)備，版輥上包覆具有微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案的模具，所述的壓輥設(shè)置在版輥上方，配合版輥將該微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案壓印到待壓印薄膜上，所述的局部加熱設(shè)備對(duì)版輥局部表面進(jìn)行加熱；所述的保形裝置包括至少一保形輥；所述的冷卻裝置包括至少一冷卻輥、風(fēng)冷噴嘴和冷凍機(jī)，所述的冷凍機(jī)分別連接冷卻輥和風(fēng)冷噴嘴，風(fēng)冷噴嘴位于保形輥外側(cè)，冷卻輥位于版輥下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于，所述的張力控制模塊包括張緊輥、氣缸、張力感應(yīng)裝置和控制系統(tǒng)，所述的氣缸連接張緊輥，張緊輥上設(shè)有張力感應(yīng)裝置，所述的控制系統(tǒng)連接張力感應(yīng)裝置和氣缸，張力感應(yīng)裝置感應(yīng)待壓印薄膜傳輸?shù)膹埩Υ笥谠O(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)張緊輥移動(dòng)，放松待壓印薄膜傳輸?shù)膹埩?，反之，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)張緊輥反向移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于，所述的傳熱設(shè)備包括電加熱器或紫外加熱器，該傳熱設(shè)備使待壓印的聚合物薄膜預(yù)熱至其玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下，所述的溫度控制設(shè)備包括溫度傳感器和連接溫度傳感器的溫度控制器，該溫度控制設(shè)備檢測(cè)薄膜溫度并調(diào)節(jié)參數(shù)將薄膜溫度控制在設(shè)定范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于，所述的壓輥兩端連接電控缸，通過電控缸微調(diào)壓輥的位移，控制待壓印薄膜的輥壓深度；所述的局部加熱設(shè)備的加熱方式包括輻射加熱、電感加熱或電阻加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于，所述的局部加熱設(shè)備包括設(shè)置在版輥內(nèi)部的電阻絲，以及與該電阻絲連接的電刷對(duì)，電刷對(duì)可繞版輥的軸線旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)加熱區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于，所述的保型輥設(shè)有多個(gè)，設(shè)置在版輥外圈，并位于壓輥后，各保型輥連接聯(lián)動(dòng)裝置，通過聯(lián)動(dòng)裝置控制各保型輥與版輥間的距離；所述的收卷裝置包括收卷輥。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于，所述的裝置還包括定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)設(shè)有薄膜邊緣傳感器和自動(dòng)糾偏裝置，自動(dòng)糾偏裝置連接在從放卷裝置到收卷裝置中的各個(gè)輥的輥軸上，當(dāng)薄膜邊緣傳感器感應(yīng)到傳輸過程中發(fā)生了偏移，自動(dòng)糾偏裝置便控制較近輥軸的軸向位移和水平角度位移。
8.一種使用權(quán)利要求I所述的基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置進(jìn)行加工的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)放卷 將待壓印薄膜從放卷輥中連續(xù)抽出，并通過除靜電刷除去薄膜表面靜電，通過張力控制模塊控制薄膜傳輸過程中的張緊力； (2)預(yù)熱 通過傳熱設(shè)備預(yù)熱待壓印薄膜，并通過溫度控制設(shè)備控制待壓印薄膜的溫度在其玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下； (3)熱輥壓通過局部加熱設(shè)備對(duì)版輥進(jìn)行局部加熱，壓輥配合版輥將版輥上的微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案壓印到待壓印薄膜上； (4)保形 保形輥對(duì)經(jīng)熱輥壓后的薄膜施加壓力，使其緊貼與版輥表面； (5)冷卻 冷卻風(fēng)嘴對(duì)保型輥進(jìn)行風(fēng)冷，并在薄膜離開保型輥后在冷卻輥上繼續(xù)冷卻，使熱壓后的薄膜冷卻至玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下，將表面微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案在脫模之間凍結(jié)，減少回彈，提高成形精度； (6)收卷 將壓印有表面微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案的薄膜通過收卷輥收卷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工方法，其特征在于，所述的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案的尺寸在1-500 V- m之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工方法，其特征在于，所述的待壓印薄膜的厚度為lOym-Smm之間，其材料為聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酯或丙烯酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于卷對(duì)卷熱輥壓聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工裝置及方法，包括放卷，預(yù)熱，熱輥壓，保形，冷卻及收卷六個(gè)階段。所述的放卷階段，是將聚合物薄膜從卷材中連續(xù)抽出，除去薄膜表面靜電。聚合物薄膜經(jīng)過所述預(yù)熱階段后，加熱至其玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下，為所述的熱輥壓階段準(zhǔn)備。通過對(duì)版輥進(jìn)行局部加熱處理，僅壓印表面升溫至玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上，對(duì)預(yù)熱后的薄膜輥壓成形。所述的保形階段使輥壓成形后的薄膜仍與版輥表面緊密貼合，使其充分變形。將冷卻與保形同時(shí)作用于成形后的薄膜，使表面微細(xì)結(jié)構(gòu)迅速固化，減少回彈。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有減少回彈變形，提高微結(jié)構(gòu)成形精度，脫模容易，加工效率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B29C59/04GK102806660SQ201210292620
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者鄧宇君, 易培云, 彭林法, 來新民, 倪軍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)